1 SMART NOISE
Holistischer Bewertungs- und Analyseprozess für optimiertes
Lifecycle-Management von Lärmschutzwänden
SMART NOISE
Ein Projekt finanziert im Rahmen der Verkehrsinfrastrukturforschung 2017
(VIF2017)
Endbericht Februar 2022
2 SMART NOISE
Impressum:
Herausgeber und Programmverantwortung:
Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie
Radetzkystraße 2 A - 1030 Wien
ÖBB-Infrastruktur AG Praterstern 3
A - 1020 Wien
Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs Aktiengesellschaft
Austro Tower Schnirchgasse 17 A - 1030 Wien
Für den Inhalt verantwortlich:
Deighton Ingenieurbüro für Verkehrswesen und Infrastrukturplanung GmbH
Naglergasse 7/9 1010 Wien
VCE Vienna Consulting Engineers ZT GmbH Untere Viaduktgasse 2
1030 Wien
Univ.Prof. Dr. Johann Litzka Schubertgasse 31
2380 Perchtoldsdorf
Programmmanagement:
Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH Bereich Thematische Programme
Sensengasse 1 A – 1090 Wien
UNIV.PROF. DIPL.-ING. DR. JOHANN LITZKA
EM. ORDINARIUS FÜR STRASSENBAU DER TECHN. UNIVERSITÄT WIEN SCHUBERTGASSE 31 TELEFON +43 1 865 11 75 2380 PERCHTOLDSDORF MOBIL +43 664 6104981 ÖSTERREICH E- MAIL [email protected]
3 SMART NOISE
Holistischer Bewertungs- und Analyseprozess für optimiertes
Lifecycle-Management von Lärmschutzwänden
SMART NOISE
Ein Projekt finanziert im Rahmen der Verkehrsinfrastrukturforschung
(VIF2017)
AutorInnen:
Dipl.-Ing.Dr. Alfred WENINGER-VYCUDIL Dipl.-Ing.Dr. Robert VEIT-EGERER
Dipl.-Ing.Dr. Barbara BROZEK BSc. Anna LESZCZYNSKA Prof. Dipl.-Ing.Dr. Johann Litzka
Auftraggeber:
Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie ÖBB-Infrastruktur AG
Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft Auftragnehmer:
Deighton Ingenieurbüro für Verkehrswesen und Infrastrukturplanung GmbH VCE Vienna Consulting Engineers ZT GmbH
Univ.Prof.Dr. Johann Litzka
4 SMART NOISE
KURZFASSUNG
Die Erhaltung von Lärmschutzwänden (LSW) ist eine wichtige Aufgabe im Asset Management.
Eine systematische Vorgehensweise bei der Erfassung bzw. Bewertung der baulichen und akustischen Eigenschaften liefert eine wesentliche Grundlage für eine nachvollziehbare und objektive Maßnahmenauswahl und somit Erhaltungsplanung. Obwohl in Österreich für die Bewertung von Lärmschutzwänden in bestimmten Bereichen bereits entsprechende Grundlagen vorhanden sind, werden diese für ein optimiertes Lebenszyklusmanagement nicht flächendeckend und systematisch eingesetzt. Die maßgebenden Vorschriften für die Bewertung können den ÖNORMEN sowie den aktuellen RVS- und RVE-Richtlinien entnommen werden können.
Das Hauptziel von SMART NOISE ist die Entwicklung und praktische Erprobung eines holistischen Bewertungsverfahrens für ein optimiertes Lebenszyklusmanagement von Lärmschutzwänden verschiedener Materialien (insbesondere Holzelemente). Dabei werden die entsprechenden Module und Modelle (Schadensbildkatalog, Maßnahmenkatalog, Zustandsprognosemodelle, etc.) entwickelt, in geeignete Bewertungsverfahren (LCA, LCCA, etc.) eingebettet und ein Prototyp auf Teststrecken angewendet. SMART NOISE liefert daher folgende Ergebnisse im Überblick:
Darstellung und Bewertung der aktuellen Grundlagen
Schadensbildkatalog mit detaillierten Erläuterungen
Bewertungsindikatoren
Katalog für Erhaltungsmaßnahmen
Modelle zur Beschreibung der Zustandsentwicklung sowie zur Beschreibung der Beeinträchtigung der Nutzer bzw. des Betriebes
Auswahl von geeigneten Verfahren zur Bewertung des Lebenszyklus
Zusammenführung der Modelle und Verfahren zu einem holistischen Gesamtbewertungsprozess
Entwicklung eines ablauffähigen Algorithmus für die Anwendung des holistischen Bewertungsprozesses in einem Asset Management System (Prototyp SMART NOISE LSW)
Anwendung des Systems an Testabschnitten mit LSW aus Holzelementen
Indem eine wesentliche Anlagenkategorie in einen objektiven und lebenszyklusbasierten Entscheidungsprozess integriert wird, liefert SMART NOISE einen wichtigen Technologiesprung in der Weiterentwicklung des Erhaltungsmanagements von Anlagen der Verkehrsinfrastruktur.
5 SMART NOISE
ABSTRACT
The maintenance of noise barriers is an important task in asset management. A systematic approach to assess the structural and acoustic properties provides an essential basis for a comprehensible and objective selection of maintenance treatments and thus maintenance planning. Although appropriate basics are already available in Austria for the assessment of noise barriers in certain areas, these are not used systematically and across the board for optimized life cycle management. The relevant regulations for the assessment can be found in the Austrian Standards (OE-NORMEN) as well as the current RVS and RVE guidelines.
The main objective of SMART NOISE is the development and practical testing of a holistic assessment method for an optimized life cycle management of noise barriers made of different materials (especially wooden elements). The corresponding modules and models (catalogue of distresses and damages, catalogue of maintenance treatments, condition prediction models, etc.) are developed, embedded in suitable assessment procedures (LCA, LCCA, etc.) and a prototype is used on test sites. SMART NOISE therefore provides the following results at a glance:
Presentation and evaluation of the current fundamentals
Catalogue of distresses and damages
Evaluation indicators
Catalogue for maintenance treatments
Models to describe the development of the condition as well as to describe the impairment of the user or the operation
Selection of suitable procedures for assessing the life cycle
Merging the models and procedures into a holistic overall evaluation process
Development of an executable algorithm for the application of the holistic assessment process in an asset management system (prototype SMART NOISE LSW)
Application of the system to test sections (noise barriers with wooden elements) By integrating an essential asset category into an objective and life cycle-based decision- making process, SMART NOISE delivers an important technological leap in the further development of the maintenance management of systems in the transport infrastructure.
6 SMART NOISE
INHALTSVERZEICHNIS
KURZFASSUNG ... 4
ABSTRACT ... 5
1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG ... 10
1.1 Ausgangssituation ... 10
1.2 Problemstellung ... 10
1.3 Hauptziel von SMART NOISE... 11
1.4 Methode und wissenschaftlicher Lösungsansatz ... 13
2 GRUNDLAGEN FÜR DIE BEWERTUNG VON LÄRMSCHUTZWÄNDEN ... 17
2.1 Anforderungen und Vorgaben ... 17
2.2 Grundlagen für die Prüfung und Zustandsbewertung ... 17
3 SCHADENSBILDKATALOG ... 19
3.1 Maßgebende Grundlagen ... 19
3.2 Gliederung in Bauteile ... 19
3.3 Indikatoren zur Bewertung ... 21
3.4 Genereller SMART NOISE Bewertungsrahmen ... 23
3.5 Gliederung Schadensbildkatalog ... 24
3.5.1 Inhalt Schadensbildkatalog ... 24
3.5.1.1 Schadensarten ... 24
3.5.1.2 Zuordnung Schadensarten zum Konstruktionsmaterial ... 26
3.5.1.3 Einheitliche Schadensbildansprache ... 27
3.5.1.4 Grundlage der Schadensbewertung ... 28
3.5.1.5 Gliederungsebenen Schadensbildkatalog ... 29
3.5.2 Erstellung Katalog ... 29
3.6 Verfahren zur Bewertung des Zustandes einer Lärmschutzwand ... 29
3.6.1 Allgemeines ... 29
3.6.2 Teilwerte Lärmschutzwand ... 31
7 SMART NOISE
3.6.3 Gesamtwert Lärmschutzwand ... 32
4 MODULE DER OPTIMIERTEN LEBENSZYKLUSBETRACHTUNG ... 34
4.1 Allgemeines ... 34
4.2 Modul Zustandsentwicklung ... 34
4.2.1 Langfrist-Prognose der RI Maßnahmen (Realisierungsmengen)... 34
4.2.2 Statistische Auswertung der Daten (Portfolioanalyse) ... 38
4.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse der Portfolioanalyse... 41
4.2.4 Vorschläge Zustandsprognose Lärmschutzwände ... 42
4.3 Modul Erhaltungsmaßnahmen ... 47
4.3.1 Allgemeines ... 47
4.3.2 Erhaltungsmaßnahmenkatalog ... 47
4.3.3 Kostenmodell für Portfolioanalysen und Langfrist-Prognose der RI Kosten .... 48
4.4 Zusammenfassung zu den Erkenntnissen der Langfrist-Prognose ... 56
4.4.1 Aufgabenstellung ... 56
4.4.2 Ergebnisse ... 56
4.4.3 Wesentliche Erkenntnisse... 56
4.5 Modul Nichtverfügbarkeit ... 58
4.5.1 Allgemeines ... 58
4.5.2 Nichtverfügbarkeit infolge geplanter Erhaltungsmaßnahmen ... 58
4.5.2.1 Berechnungsansatz Kosten Nichtverfügbarkeit Straßennetz ... 60
4.5.2.2 Berechnungsansatz Kosten Nichtverfügbarkeit Schienennetz... 61
4.5.3 Ungeplante Erhaltungsmaßnahmen, Nichtverfügbarkeitsrisiko ... 62
5 LEBENSZYKLUSBETRACHTUNG UND VERFAHREN ZUR BEWERTUNG DES LEBENSZYKLUS VON LÄRMSCHUTZWÄNDEN ... 67
5.1 Allgemeines ... 67
5.2 Lebenszyklusbewertung LSW ... 69
5.2.1 Standardlebenszyklus und Erhaltungsintervalle ... 69
5.2.2 Kalibrierung standardisierter Lebenszyklen auf LSW-Objekt ... 74
5.3 Hinweise zur praktischen Anwendung ... 84
6 PRAKTISCHE ANWENDUNG ... 86
8 SMART NOISE
6.1 Allgemeines ... 86
6.2 Teststrecken ... 87
6.2.1 Überblick ... 87
6.2.2 Lärmschutzwand Landessstraße B1 bei Prinzersdorf ... 87
6.2.3 Lärmschutzwand ASFINAG A2 Leobersdorf ... 89
6.2.4 Lärmschutzwand ÖBB Praterkai ... 91
6.3 dTIMS Prototyp Lärmschutzwand ... 93
6.3.1 Einleitung ... 93
6.3.2 Erstellung der dTIMS-Systemkonfiguration „SMART NOISE“ (Prototyp) ... 95
6.3.3 Praktische Anwendung Lebenszyklusalgorithmus ... 95
6.3.4 Datenbankstruktur und Datenbankinhalt ... 96
6.3.4.1 Datentabellen ... 96
6.3.4.2 Attribute (Datenfelder) ... 96
6.3.4.3 Daten und Dateninhalte ... 97
6.3.4.4 Datenaufbereitung und -kontrolle ... 98
6.3.5 Analysekonfiguration ... 99
6.3.5.1 Analysevariablen ... 99
6.3.5.2 Maßnahmenkatalog ... 101
6.3.5.3 Analyseset und Szenario für Optimierung ... 102
6.3.6 Systemergebnisse ... 104
6.3.6.1 Objektbezogene Ergebnisse ... 104
6.3.6.2 Netzbezogene Ergebnisse ... 107
6.4 Ergebnisse der Bewertungen ... 109
7 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNG ... 113
7.1 Ausgangssituation und Zielsetzung ... 113
7.2 Schadensbildkatalog ... 113
7.3 Verfahren zur Bewertung des Zustands – Teilwerte und Gesamtwert ... 115
7.4 Module Lebenszyklusbetrachtung ... 116
7.5 Verfahren zur Bewertung des Lebenszyklus von Lärmschutzwänden ... 117
7.6 Praktische Anwendung ... 119
9 SMART NOISE 7.7 Ausgewählte Gedanken zur Spezifizierung der Projektinhalte und gesonderte
Erkenntnisse ... 121 7.8 Schlussfolgerung ... 123
LITERATUR
ANHANG A – SCHADENSBILDKATALOG1
ANHANG B – PORTFOLIOANALYSE - Realisierungsmengen
Näherungsweise Langfrist-Prognose der RI Maßnahmen für die LSW Gesamt- Bestände von Land NÖ / ASFINAG / ÖBB
ANHANG C – PORTFOLIOANALYSE - Kosten
Näherungsweise Langfrist-Prognose der RI Maßnahmen für die LSW Gesamt- Bestände von Land NÖ / ASFINAG / ÖBB
ANHANG D – TESTSTRECKEN
Amt der NÖ-Landesregierung: Landesstraße B1 bei Prinzersdorf km 76,652 bis km 77,122 – LSW aus Holz (Baujahr 2005)
Visuelle Zustandserfassung und Bewertung am 20. August 2021 ASFINAG: A 2 Süd Autobahn, Leobersdorf (Objektnummer LSW A2 29,260 li/3), km 29,145 bis km 31,267 - LSW aus Holz, teilweise aus Beton (Baujahr 1986 bzw. Erhöhung 2001)
Visuelle Zustandserfassung und Bewertung am 28. September 2020
ÖBB: Praterkai (LSW-ID 271620256) km 7,28 bis km 7,70 – LSW aus Holz (Baujahr 1995)
Visuelle Zustandserfassung und Bewertung am 07. Mai 2020 ANHANG E – PRAKTISCHE ANWENDUNG dTIMS Prototyp Lärmschutzwand
elektronischer Anhang – MS Excel-dTIMS Konfigurationstabellen
ANHANG F – Abschlussbesprechung und Projektpräsentation Präsentations-Unterlagen vom 21.01.2022
1 Liegt neues Bildmaterial vor, kann dies an die Fa. Deighton GmbH übermittelt werden und dies wird in
eine aktuelle Version des Schadensbildkatalogs implementiert. Der Katalog wird dann 1 bis 2 mal pro Jahr in einer aktuellen Fassung den Auftraggebern zur Verfügung gestellt.
10 SMART NOISE
1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG
1.1 Ausgangssituation
Die zunehmende Bedeutung der Erhaltung des Bestandes im Straßennetz der ASFINAG, im Streckennetz der ÖBB sowie im Landesstraßennetz erfordert u. a. die weitere Optimierung der Entscheidungsprozesse im Rahmen der systematischen Erhaltungsplanung für bestimmte Anlagen der Verkehrsinfrastruktur. Dazu gehören auch die Lärmschutzwände, die eine wesentliche Anlagenkategorie der Straßen- und Schienenverkehrsinfrastruktur darstellen und ebenfalls einer systematischen und prozessgesteuerten Betrachtungsweise unterzogen werden sollten. Im Netz der ASFINAG befinden sich dzt. ca. 3.300 Lärmschutzwände mit einer Gesamtfläche von mehr als 3,20 Mio. m2, bei der ÖBB sind es derzeit ca. 2.000 Lärmschutzwände mit einer Gesamtfläche von ca. 2,45 Mio. m2.
Der von den Verkehrsteilnehmern ausgehende Lärm ist eine der wesentlichsten Begleiterscheinungen für die umgebende Umwelt, daher sind sowohl in den entsprechenden Lärm-Immissionsschutzverordnungen als auch in technischen Regelwerken Verfahren festgelegt, um eine Bewertung der Lärmsituation und deren Auswirkungen auf die Betroffenen (z.B. Anrainer) zu ermitteln. Dies setzt jedoch voraus, dass auch der jeweils aktuelle Zustand von Lärmschutzwandsystemen sowohl aus baulicher als auch aus akustischer Sicht entsprechende Anforderungen erfüllt.
1.2 Problemstellung
Wie bereits erwähnt, ist die systematische Erhaltungsplanung von Lärmschutzwand-Systemen eine wesentliche Aufgabe im Rahmen des Erhaltungsmanagements. Dazu ist es notwendig, den gesamten Prozess – von der klar strukturierten Datenerfassung bis hin zur optimierten Lebenszyklusanalyse – zu definieren und für eine praktische Umsetzung auszugestalten.
Lärmschutzwandsysteme werden zwar gemäß den angeführten Regelwerken aus bautechnischer Sicht erfasst und bewertet, jedoch fehlen auch in diesem Bereich entsprechende detaillierte Beschreibungen von spezifischen Schäden (Stichwort Schadensbildkatalog). Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass durch intensiven Winterdienst, vor allem im Bereich der Straße aber auch in davon betroffener Schieneninfrastruktur, bestimmte Materialien (z.B. Holz) einer starken Beanspruchung bzw. Verwitterung ausgesetzt sind und vermehrt Schäden auftreten. Welche Materialien unter welchen Randbedingungen angewendet werden sollen und mit welchen technischen Nutzungsdauern (je Material, liegt z.B. bei ÖBB vor) dabei zu rechnen ist, wurde bis dato noch nicht einer systematischen Analyse und Bewertung unterzogen, was jedoch bei einer Lebenszyklusbetrachtung von wesentlicher Bedeutung ist.
11 SMART NOISE Auch die systematische Speicherung der notwendigen Inventardaten zeigt Lücken. Die z.B.
im Datenbanksystem BAUT der ASFINAG gespeicherten bzw. verwalteten Lärmschutzwände sind nicht vollständig abgebildet und die Qualität bestimmter Daten ist oftmals zu hinterfragen.
Die zum Teil mit sehr hohem Aufwand erfassten Informationen sind daher in eine einheitliche Datenstruktur (siehe hierzu auch RVS 13.04.32 [13]) zu bringen und um die erweiterten Bewertungsindikatoren zu ergänzen. Diese sollen es dem Anwender ermöglichen, rasch und effizient eine Aussage über die bauliche und funktionale Situation einer LSW zu erhalten.
Eine weitere wesentliche Problemstellung ist das Fehlen von entsprechenden Grundlagen für die Anwendung einer Lebenszyklusbewertung. Es gibt zwar Ansätze für die Modellierung der baumechanischen Eigenschaften, jedoch sind Prognosemodelle zur Funktionalität (akustische Eigenschaften) sowie die Definition eines einheitlichen Maßnahmenkatalogs (in Abhängigkeit von den Materialien, den Nutzungsdauern, den Beanspruchungen, etc.) derzeit nicht vorhanden. Ähnliches gilt auch für die Bewertung der Beeinträchtigung der Nutzer bzw. des Fahrbetriebes (Betriebserschwernis) infolge entsprechender Erhaltungsaktivitäten.
Um eine genaue Aussage im Hinblick auf den aktuellen und zukünftigen Erhaltungsbedarf zu bekommen, die Maßnahmen abzuschätzen bzw. den Erhaltungsrückstand zu ermitteln, müssen diese Lücken bzw. Fehlstellen geschlossen werden. Bisher bewährte Methoden sind dabei zu ergänzen bzw. zu erweitern und fehlende Modelle neu zu entwickeln. Es erscheint auch sinnvoll und zweckmäßig, den Lösungsansatz um eine Risikobewertung zu erweitern, wobei auch in diesem Zusammenhang entsprechende Grundlagen fehlen und daher zu entwickeln sind. Die primäre Aufgabe von SMART NOISE ist daher, diese Lücken zu schließen und eine Gesamtlösung für die praktische Anwendung zur Verfügung zu stellen.
1.3 Hauptziel von SMART NOISE
Das Hauptziel des Projektes SMART NOISE besteht in der Entwicklung und praktischen Erprobung eines holistischen Bewertungsverfahrens für ein optimiertes Lebenszyklusmanagement von Lärmschutzwandsystemen im Rahmen der systematischen Erhaltungsplanung (Asset Management). Dabei soll neben den Grundlagen für eine vereinheitlichte Erfassung und Ansprache von Schäden (Schadensbildkatalog) und daraus abgeleiteten Indikatoren für die bautechnische und akustische Beurteilung auch ein umfassender Prozess für die Lebenszyklusbetrachtung (Prognosemodelle der Indikatoren, Maßnahmenkatalog, Zielfunktionen für die Optimierung, etc.) entwickelt und praktisch auf ausgewählten Teststrecken erprobt werden. Die Zusammenführung der Module und Modelle in eine optimierte Lebenszyklusbewertung (z.B. in Form von Lebenszykluskostenanalyse oder Lebenszyklusrisikoanalyse) ermöglicht eine nachhaltige Betrachtung von Erhaltungsmaßnahmen unter Berücksichtigung der Auswirkungen sowohl auf den Baulastträger als auch auf den Nutzer der Verkehrsinfrastruktur (Stichwort Strecken-
12 SMART NOISE Verfügbarkeit bzw. Betriebserschwernis bzw. Beeinträchtigung des Fahrbetriebs während der Erhaltungsmaßnahmen). Die bisherigen Life-Cycle Management Systeme (LCM), welche zunehmend die Anlagenkategorien Straßen- und Schienenoberbau sowie Straßen- und Eisenbahnbrücken beinhalten, werden somit um die wesentliche Anlagenkategorie der Lärmschutzwände erweitert.
Der Nutzen einer solchen umfassenden Bewertung und Beurteilung ist die Verwendung eines objektiven Entscheidungsprozesses im Rahmen des Erhaltungsmanagements. Das Projekt SMART NOISE verfolgt den Ansatz, anhand gezielt erweiterter Eingangsdaten die Entwicklung des Zustandes (bautechnische und akustische Eigenschaften) abzuschätzen und die Auswirkungen von Erhaltungsmaßnahmen und somit die Prognose des Erhaltungsbedarfes bzw. des Erhaltungsrückstandes im Bereich der Lärmschutzwandsysteme zu evaluieren. SMART NOISE bietet somit die Möglichkeit, den Entscheidungsprozess zur Verteilung der in der Regel knapp bemessenen Erhaltungsmittel objektiv und nachvollziehbar zu gestalten.
Um die oben beschriebenen übergeordneten Ziele erfüllen zu können, werden in SMART NOISE verschiedene Zielbereiche behandelt, die zu folgenden Ergebnissen führen.
Erstellung der Grundlagen für eine effiziente Verwaltung der erhaltungsrelevanten Daten
Schadensbildkatalog für die systematische objektive Aufnahme bzw. einheitliche Ansprache von Schäden an Lärmschutzwandsystemen (LSW)
Definition der Indikatoren zur Beschreibung und Bewertung der strukturellen Beschaffenheit und der Funktionalität und Entwicklung entsprechender Degradationsmodelle
Katalog für Erhaltungsmaßnahmen an Lärmschutzwandsystemen (Art der Maßnahme, Intervalle) mit Schwerpunkt LSW mit Holzelementen
Modelle zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der maßgebenden Bewertungsindikatoren
Modelle zur Beschreibung der Beeinträchtigung der Nutzer und des Fahrbetriebes durch Erhaltungsmaßnahmen (Betriebserschwernis)
Auswahl von geeigneten Verfahren zur Bewertung des Lebenszyklus (LCCA – Lebenszykluskostenanalyse, RA – Risikoanalyse – LCRA –
Lebenszyklusrisikoanalyse) und Zusammenführung der Modelle zu einem holistischen (gesamtheitlichen) Bewertungsprozess (Gesamtsystem)
Entwicklung eines ablauffähigen Algorithmus für die Anwendung des holistischen Bewertungsprozesses in einem Asset Management System (Prototyp SMART NOISE LSW)
13 SMART NOISE
Anwendung des Systems an Testabschnitten (Bergstrecke, Damm, Brücke, …) mit Fokus auf innovative, Lebensdauer-verlängernde Sanierungskonzepte für LSW aus Holzelementen
Die hier aufgelisteten Ergebnisse bzw. Zielsetzungen bestimmen auch die organisatorische Struktur des Projektes in Form der unterschiedlichen Arbeitspakete.
SMART NOISE liefert einen wesentlichen Technologiesprung in der Weiterentwicklung des Erhaltungsmanagements von Anlagen der Straßeninfrastruktur, indem eine wesentliche Anlagenkategorie in einen objektiven und lebenszyklusbasierten Entscheidungsprozess integriert wird. Das Projekt liefert von der systematischen Erfassung der maßgeblichen Eigenschaften der Lärmschutzwände (Schadensbildkatalog, Bewertungsindikatoren) über die Modellierung des Lebenszyklus bis hin zur Integration der anlagenspezifischen Erhaltungsanforderungen in einen holistischen Gesamtprozess einen umfassenden Baustein für das ganzheitliche Asset Management.
Der Innovationsgehalt von SMART NOISE kann kurz durch folgende Punkte charakterisiert werden:
Darstellung, Analyse und Bewertung eines komplexen Entscheidungsrahmens
Integraler und flexibler Lösungsansatz bei festgelegten Entscheidungsprozessen
Verknüpfung innovativer Lösungsansätze zu einer praktisch anwendbaren Gesamtlösung
Innovation bedeutet aus der Sicht der Projektpartner nicht nur Theorie, es umfasst auch die praktische Umsetzung des „Erarbeiteten“. SMART NOISE liefert deshalb nicht nur einen
„theoretischen Teil“, es beinhaltet auch die Implementierung des Lösungsalgorithmus auf Teststrecken im A+S Netz, im Netz der ÖBB sowie im Landesstraßennetz und die Einbeziehung der Erkenntnisse in die ausgearbeiteten Grundlagen für die mögliche Umsetzung im zukünftigen Richtlinienwerk der RVS.
1.4 Methode und wissenschaftlicher Lösungsansatz
Prozessgesteuerte und -unterstützte Entscheidungshilfen sind eine wichtige Grundlage für eine objektive und nachvollziehbare Erhaltungsplanung von Anlagen der Verkehrsinfrastruktur. Diese Form der Entscheidungsfindung wird bei vielen Anlagen angewendet (Oberbau, Brücken, Tunnel E&M-Technik, etc.) und kann auch für Lärmschutzwandsysteme herangezogen werden. Voraussetzung hierfür sind objektiv anwendbare Untersuchungs- und Beurteilungsverfahren (Schadensbildkatalog, einheitliche Bewertungsindikatoren, holistische Lebenszyklusbetrachtung, etc.), die in Österreich zur Verfügung stehen und in eine solche Entscheidungshilfe integriert werden können. Aufgrund
14 SMART NOISE der relativ komplexen Fragestellung ist es notwendig, den gesamten Prozess in entsprechende Teilaufgaben zu gliedern, die eine kontinuierliche Abarbeitung der Fragestellungen ermöglichen.
Der technisch-wissenschaftliche Lösungsansatz für SMART NOISE basiert daher auf einem generellen Bearbeitungs- und Entwicklungsprozess, der der nachfolgenden Abbildung 1 entnommen werden kann.
Abbildung 1: Entwurf eines generellen Bearbeitungs- und Entwicklungsprozesses von SMART NOISE
Wichtig erscheint in diesem Zusammenhang die duale Beurteilung von Lärmschutzwand- systemen, sowohl aus der Sicht der baulichen Erhaltung der Bauteile (Steher, Verankerungen, Lärmschutzwandelemente, Gründungen, etc.) als auch im Rahmen einer akustischen Beurteilung (Schallabsorption, Schalldämmung, etc.). Aufgrund der Tatsache, dass auch der
15 SMART NOISE bauliche Zustand einen Einfluss auf die akustische Wirkung hat, soll zumindest aus der baulichen Beurteilung die Wirkung auf die Funktion abgeschätzt werden. Die rein akustische Beurteilung hat auch andere Zeitzyklen als die bautechnische, sodass diese Tätigkeiten in der Regel auch getrennt durchgeführt werden. Auf den Werkstoff Holz soll dabei ein gesondertes Augenmerk gelegt werden.
Den methodischen Ausgangspunkt stellt eine Grundlagenrecherche dar, bei der insbesondere die vordergründige Bedarfslage der Infrastrukturbetreiber im Zuge von Interviews erhoben und zusätzlich eine wesentliche Basis für potenzielle Untersuchungs-Teststrecken (Praktische Anwendung gegen Projektende) gelegt wird.
In weiterer Folge wird der je Betreiber verfügbare Datenbestand hinsichtlich Vollständigkeit und Verwertbarkeit evaluiert sowie bezüglich einer Erweiterung für künftige LCM-Applikationen analysiert. Gleichzeitig werden die bisherigen Erfahrungswerte der Betreiber mit internationalen Erfahrungswerten hinsichtlich Schadensbilder (→ Schadensbildkatalog), der zu erwartenden Technischen Nutzungsdauer (→ Bewertungsindikatoren) sowie der potenziellen Erhaltungsmaßnahmen (→ Maßnahmenkatalog) verdichtet. Zur (deter- ministischen oder stochastischen) Modellierung der Zustandsentwicklung kann auf ein seitens VCE maßgeblich mitverfasstes Regelwerk CWA 16633 [1] zurückgegriffen werden. Mit dem Fokus auf die Bausteine Risikomodellierung und Stochastik kann auf die intensive Vorarbeit der vorliegenden Projektgemeinschaft in den FFG Projekten EINSTEIN [20] und LARAS VISION [2] verwiesen werden. Einen weiteren wesentlichen methodischen Baustein stellt die Modellierung der Einschränkung der Streckenverfügbarkeit im Zuge des Erhaltungsmanagements dar. Entsprechende Berechnungsansätze liegen sowohl für die ASFINAG als auch für die ÖBB bzw. das Landesstraßennetz vor. Eine ausführliche Auseinandersetzung mit der Thematik der Nichtverfügbarkeit und deren Implementierung in das Infrastruktur-Erhaltungsmanagement (von Brücken) erfolgte seitens der Projektpartner u. a. im CEDR-Projekt ISABELA [3] sowie im FFG Projekt SMOOTH OPERATOR [4]. Die beschriebenen Modell-Bausteine (im Wesentlichen der modellierten Zustandsentwicklung &
der Maßnahmenkataloge) werden in einer ganzheitlichen, analytischen Weise verknüpft, sodass die maßgeblichen Indikatoren bei Erreichen von definierten Schwellen eine entsprechende Auswirkung auf die prognostizierten Lebenszyklusmaßnahmen, -kosten und - risiken haben.
Die Zusammenführung der Modelle und Verfahren erfolgt in Hinblick auf den angedachten Asset Management Modul für LSW in einer entsprechend programmier-affinen Art und Weise.
Ergebnis der Lebenszykluskostenbewertung ist stets die Überführung in eine mathematische Zielfunktion, welche wahlweise entweder ein verfügbares Budget, eine angestrebte Zustandsverteilung, die angestrebte Verfügbarkeit oder ein gemeinsames Optimum dieser potenziellen Zielfunktionen sein kann. Die Definition und folglich die Überführung des
16 SMART NOISE Gesamtsystems in eine Asset Management Software (dTIMSTM) für die Analyse ist die Ausgangslage für eine praktische Anwendung.
Den Abschluss der in SMART NOISE beschriebenen Entwicklung bildet die Applikation und notwendige Feinjustierung des entwickelten Software-Prototyps an 3 Teststrecken, jeweils eine im ASFINAG-Netz, im Landesstraßennetz bzw. im Schienennetz der ÖBB.
17 SMART NOISE
2 GRUNDLAGEN FÜR DIE BEWERTUNG VON LÄRMSCHUTZWÄNDEN
2.1 Anforderungen und Vorgaben
Seit 2005 unterliegen Lärmschutzwände (LSW) als Bauprodukte der CE- Kennzeichnungspflicht, wobei die maßgebenden Richtlinien für die Straße die ÖNORM EN 14388 [5] bzw. für die Schiene die RVE 04.01.01 [6] darstellen, die auch die maßgebenden Eigenschaften und Parameter definieren. Darunter fallen die Schallabsorption (nach ÖNORM EN 1793-1: 2017 [7]), die Schalldämmung (ÖNORM EN 1793-2: 2017 [8]), Widerstand gegen Lasten (ÖNORM EN 1794-1: 2018 [9]), Sicherheits- und Umweltanforderungen (ÖNORM EN 1794-2: 2011 [10]), Dauerfunktionstüchtigkeit, Schallbeugung etc. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften muss von einer
bautechnischen (strukturellen) Erhaltung von Lärmschutzwänden und von einer
Erhaltung der akustischen Eigenschaften von Lärmschutzwänden (Funktion)
gesprochen werden. Die Überprüfung dieser Eigenschaften sollte daher eine wesentliche Aufgabe der Erhaltungsplanung darstellen.
2.2 Grundlagen für die Prüfung und Zustandsbewertung
Hinsichtlich der Lärmschutzwände im Bestand der Straßeninfrastruktur ist festzuhalten, dass im Netz der ASFINAG die periodische Zustandsüberwachung, Bewertung und vorbereitende Instandsetzungsplanung auf Grundlage der RVS 13.03.71 [11] vorgenommen werden. Auch im Landesstraßennetz der einzelnen Bundesländer kommt die RVS 13.03.71 [11] zur Anwendung, wobei mitunter sog. interne Dienstbehelfe ergänzend herangezogen werden.
Die periodische Prüfung, die Zustandsbewertung sowie die vorbereitende Maßnahmenplanung dieser Anlagenart im Netz der ÖBB erfolgt hingegen auf Grundlage des ÖBB-internen Regelwerkes „06.01.03 Instandhaltungsplan Unterbauanlagen, Stand 01/2016“
[12].
Obwohl grundlegende Daten für eine systematische Erhaltungsplanung unter Verwendung eines Lebenszyklusansatzes vorliegen (siehe hierzu auch RVS 13.04.32 [13]) und in Datenbanken abgelegt werden (z.B. in der BAUT bzw. im geplanten IMT-Modul LSW der ASFINAG sowie im AVS System der ÖBB), werden weder im Netz der ASFINAG noch bei der ÖBB und den Landesstraßenverwaltungen systematische Prozesse und einheitliche Vorgehensweisen angewendet, um eine vorausschauende Erhaltungsbedarfsermittlung zu ermöglichen. Erhaltungsmaßnahmen werden in der Regel reaktiv, nach dem Auftreten eines festgestellten Schadens oder Mangels vorgenommen.
18 SMART NOISE Die regelmäßigen Inspektionen spielen eine wesentliche Rolle für die Lebenszyklus- betrachtung, da mit diesen Daten – sofern zumindest die Gesamtnote vorhanden ist – auch die nachfolgend beschriebenen Algorithmen angewendet werden können. Sie stellen die Eingangsgrößen für die Zuordnung bzw. Kalibrierung der objektbezogenen Lebenszyklen dar.
Es sei an dieser Stelle nochmals explizit erwähnt, dass die Aufgabe von SMART NOISE darin besteht, die Möglichkeiten einer Lebenszyklusbewertung für LSW zu schaffen und auch Möglichkeiten aufzuzeigen, wie mit einer Erhöhung der Erfassungsgenauigkeit (z.B.
Beurteilung auf Bauteilebene) eine genauere Aussage im Hinblick auf den Erhaltungsbedarf erzielt werden kann. Der SMART NOISE Algorithmus ist jedoch auch so gestaltet, dass er mit einer generellen Bewertung angewendet werden kann bzw. in ein Asset Management System implementiert werden kann. Eine Anpassung der Inspektionsmethodik ist nicht notwendig für eine Anwendung von SMART NOISE. Es wird jedoch empfohlen, zumindest eine
„Gesamtbewertung“ der einzelnen Objekte zur Verfügung zu haben, was sowohl im Bereich der ASFINAG als auch im Bereich der ÖBB erfüllt wird.
19 SMART NOISE
3 SCHADENSBILDKATALOG
3.1 Maßgebende Grundlagen
Eine wesentliche Voraussetzung für die Bewertung von Lärmschutzwandsystemen liegt in einer einheitlichen Ansprache der Schäden und der damit verbundenen Erhaltungsmaßnahmen. Dabei ist es sinnvoll und zweckmäßig, eine einheitliche Struktur der zu bewertenden Bauteile unter Heranziehung der einschlägigen Richtlinien und Vorschriften zu definieren. Wie im vorangehenden Kapitel dargestellt, spielen dabei die RVE 04.01.01 (Lärmschutzwände – Berechnung und Konstruktion) [6] sowie die RVS 13.03.71 (Überwachung, Kontrolle und Prüfung von Kunstbauten, Lärmschutzbauwerke) [11] eine wesentliche Rolle. Darüber hinaus wurde mit dem Schadenskatalog der ASFINAG mit dem Titel „Leitfaden Schadens- und Regelmaßnahmenkatalog – Lärmschutzwände und Lärmschutzdämme“ [14] aus dem Jahr 2010 eine wesentliche Grundlage erstellt, die als Ausgangslage für den nachfolgenden Vorschlag herangezogen werden kann.
3.2 Gliederung in Bauteile
Die systematische Bewertung von Lärmschutzwänden erfordert eine nachvollziehbare und handhabbare Gliederung in einzelne Bauteile. Unter Berücksichtigung der RVS 13.03.71 [11]
wird folgende Gliederung vorgeschlagen
Gründungen und Fundamente: Dabei handelt es sich um konstruktive Elemente wie Betonfundamente, Pfähle und sonstige Gründungen. Zu bewerten sind dabei ausschließlich die einer Lärmschutzwand zugeordneten Gründungen und Fundamente. Steht die Lärmschutzwand auf einem Brückenobjekt, so ist die Gründung nicht gesondert zu bewerten, sondern im Zuge der Brückenbewertung einer Untersuchung zu unterziehen.
Konstruktion: Die Konstruktion ist der tragende Bauteil für die Wandelemente (ggf.
auch für die Ausrüstung, sofern vorhanden) und gliedert sich in folgende Unterbauteile:
o Verankerungen und Befestigungen o Steher
o Beton-, Stahlleitwände (als Grundkonstruktion für darauf aufgeständerte Lärmschutzwände, siehe Abbildung 2)
20 SMART NOISE Abbildung 2: Beispiel LSW auf Betonleitwand (Foto ASFINAG)
o (Beton)sockelelemente
o Sonstige Konstruktionen (z.B. Abstützungen, Hilfskonstruktionen)
Wandelemente und Paneele: Wandelemente und Paneele sind die funktionalen Elemente einer Lärmschutzwand und bestehen entweder aus Holz, Beton, Aluminium, Glas, Kunststoff bzw. aus Kombinationen dieser verschiedenen Materialien.
Sonstige Ausrüstung: Die sonstige Ausrüstung dient in der Regel zur Wartung, Information inklusive Sicherheitsausrüstungen. Darunter fallen Servicetüren, Fluchttüren, Tore, Beschilderungen, Beleuchtungen, etc.
Die nachfolgenden Abbildungen ([1] und Abbildung 4) zeigen die unterschiedlichen Bauteile von Lärmschutzwandsystemen unter Bezugnahme auf die zuvor definierte Gliederung.
21 SMART NOISE Abbildung 3: Bild Lärmschutzwand (Foto VCE)
Abbildung 4: Schematische Darstellung Lärmschutzwand RVS 13.03.71 [11]
3.3 Indikatoren zur Bewertung
Entsprechend der Gliederung einer Lärmschutzwand haben die Bauteile unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen, sodass auch die zu bewertenden Indikatoren unterschiedlich definiert werden müssen. Wiederum unter Bezugnahme auf die RVS 13.03.71 [11] und die ÖNORM EN 14388 [5] können folgende Indikatoren definiert werden:
Tragfähigkeit: Die Tragfähigkeit beschreibt und beurteilt die mechanische Eigenschaft des Bauteils vor dem Hintergrund unterschiedlicher Versagensformen (z.B.
Steher (Stahl)
Wandelement / Paneel (Aluminium)
Sockelelement (Stahlbeton)
22 SMART NOISE Biegewiderstand, Knickwiderstand, Zugwiderstand) in Bezug auf die maximale Belastbarkeit.
Dauerhaftigkeit: Die Dauerhaftigkeit beurteilt die Anforderung an den Bauteil vor dem Hintergrund der geplanten bzw. aktuellen Nutzungsdauer unter Berücksichtigung der vorhandenen Beanspruchungen.
Gebrauchstauglichkeit: Die Gebrauchstauglichkeit beschreibt und beurteilt die Eignung des Bauteils vor dem Hintergrund des bestimmungsgemäßen Verwendungszweckes unter Berücksichtigung der vorhandenen Beanspruchungen.
Funktionstauglichkeit: Die Funktionstauglichkeit beschreibt und beurteilt die Eignung des Bauteils vor dem Hintergrund einer bestimmungsgemäßen Funktion unter Berücksichtigung der vorhandenen Beanspruchungen (im gegenständlichen Fall die akustischen Eigenschaften).
Es erscheint sinnvoll und zweckmäßig, die Schäden und somit auch den Schadenskatalog vor dem Hintergrund der Bewertung und somit der Indikatoren zu strukturieren. Dabei ist es natürlich auch möglich, dass bestimmte Schadensbilder gleichzeitig eine Aussage über mehrere Indikatoren zulassen. In Abhängigkeit vom Bauteil sind die entsprechenden Indikatoren für eine Bewertung zu wählen. Dabei können entweder alle oder nur einzelne Indikatoren maßgebend sein. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt die Zuordnung der Bauteile bzw. Unterbauteile zu den jeweiligen Bewertungsindikatoren.
Tabelle 1: Zuordnung Bewertungsindikatoren zu Bauteilen (gem. RVS 13.03.71 [11] und ÖNORM EN 14388 [5]) Bauteil Unterbauteil Tragfähig-
keit Dauerhaftig-
keit Gebrauchs-
tauglichkeit Funktions- tauglichkeit Gründung und
Fundamente X
Konstruktion Verankerungen und
Befestigungen X X X
Steher X X X
Beton- und
Stahlleitwände X X X
(Beton)sockelelemente X X X
Sonstige Konstruktionen X X (X)
Wandelemente
/ Paneele (X)1) X X
Sonstige
Ausrüstung X X
1) In Abhängigkeit von der Konstruktion und des Materials der Paneele
23 SMART NOISE
3.4 Genereller SMART NOISE Bewertungsrahmen
Die Bewertung eines Bauteils oder eines Unterbauteils erfolgt unter Berücksichtigung der vorzufindenden Schäden, die entweder den Wert eines oder aller zu berücksichtigenden Indikatoren (siehe hierzu Tabelle 1) bestimmen. Grundsätzlich wird bei der Bauteilbeurteilung gem. RVS 13.03.71 [11] eine Note je Bauteil vergeben und diese Note bezieht sich auf alle relevanten Indikatoren. Dies ist die Grundlage der bauteilbezogenen Bewertung der ASFINAG, die von der ASFINAG auch eingesetzt wird und kann möglicherweise bestimmte Widersprüche zu anderen Bewertungsgrundlagen zeigen (z.B. ÖBB oder Länder).2 Es ist jedoch auch möglich und sinnvoll, die Bauteilnoten in Abhängigkeit vom Indikator zu vergeben, da häufig die Schäden nicht alle Indikatoren gleichermaßen beeinträchtigen. In diesem Sinne wird zunächst ein genereller Bewertungsrahmen vorgestellt (wiederum in Anlehnung an die RVS 13.03.71 [11]), der wie folgt definiert wird.
Tabelle 2: Genereller Bewertungsrahmen in Anlehnung an die RVS 13.03.71 [11]
Note Beschreibung
1 Keine oder sehr geringe Schäden (nur aus Bauherstellungen) Keine Einschränkung in Bezug auf die Eigenschaften der Indikatoren
2 Geringe, leichte Schäden
Keine Einschränkung in Bezug auf die Eigenschaften der Indikatoren 3
Mittelschwere Schäden
Eine Verminderung in Bezug auf die Eigenschaften der Indikatoren ist erkennbar (ausgenommen hinsichtlich Tragfähigkeit)
4
Schwere Schäden
Eine Verminderung in Bezug auf die Eigenschaften der Indikatoren ist deutlich erkennbar (ausgenommen hinsichtlich Tragfähigkeit)
5
Sehr schwere Schäden
Eine Verminderung in Bezug auf die Eigenschaften der Indikatoren ist sehr deutlich erkennbar (auch im Bereich der Tragfähigkeit)
Von einem Schaden kann dann gesprochen werden, wenn es zu einer Veränderung der Eigenschaften am Bauteil kommt, die auch zu einer Beeinträchtigung der oben definierten
2 Das RVS-Bewertungsschema wurde deswegen gewählt, da die RVS 13.03.71 eine bauteilbezogene Bewertung vorsieht und diese auch von der ASFINAG im Rahmen der Inspektionen angewendet wird.
Wird ein anderer Bewertungsrahmen gewählt, kann dies über eine Zuordnungstabelle in den aktuellen Bewertungsrahmen transponiert werden oder es müssen die Bewertungstabellen im Schadensbildkatalog entsprechend dem gewählten Bewertungsrahmen angepasst werden. Auch hier sei nochmals darauf hingewiesen, dass der ausgearbeitete Schadensbildkatalog einen Vorschlag darstellt, der ggf. mit entsprechenden Anpassungen in erst eine Richtlinie, Merkblatt, etc. übergeführt werden muss.
24 SMART NOISE Indikatoren führen. Die Erhebung von Schäden erfolgt im Rahmen von Kontrollen und Prüfungen, deren Vorgehensweisen genau in der RVS 13.03.71 [11] festgelegt sind.
Zusätzlich, neben dem „klassischen“ Bewertungsrahmen für Ingenieurbauwerke, ist es erforderlich, auch die Schutzwirkung (Funktion) der Lärmschutzwand zu beurteilen, die durch entsprechende Schäden auch beeinträchtigt werden kann. Da in der Regel eine Messung der Absorptionswirkung der Paneele ausgeschlossen werden kann bzw. muss, welche auch nicht unbedingt eine Beeinträchtigung durch Schäden berücksichtigt, wird eine einfache ingenieurmäßige Bewertung vorgeschlagen, die der nachfolgenden Tabelle 3 entnommen werden kann. Dabei wird lediglich auf eine Differenzierung zwischen gegebener oder beeinträchtigter Schutzwirkung unterschieden.
Tabelle 3: Bewertungsrahmen Schutzwirkung (Funktion) Lärmschutzwand
Note Beschreibung
1 Keine Beeinträchtigung der Schutzwirkung
5 Eine Beeinträchtigung der Schutzwirkung ist mit großer Wahrscheinlichkeit infolge von Schäden an der Lärmschutzwand vorhanden
3.5 Gliederung Schadensbildkatalog
3.5.1 Inhalt Schadensbildkatalog
3.5.1.1 Schadensarten
Um den Schadensbildkatalog in effizienter Art und Weise verwenden zu können, werden die möglichen Schäden in bestimmte Schadensarten gegliedert und mit der Gliederung der Bauteile von Lärmschutzwandkonstruktionen gem. Kapitel 3.2 verknüpft. Die nachfolgende Tabelle 4 zeigt die unterschiedlichen Schadensarten mit der jeweiligen Zuordnung zum Bauteil und den relevanten Bewertungsindikatoren. Dabei werden auch Indikatoren-übergreifende Zusammenfassungen vorgenommen, da Schadensbilder bzw. Schadensgruppen gleichzeitig auch mehrere Indikatoren im Rahmen der Bewertung ansprechen.
Die Tabelle 4 listet die maßgebenden Schadensgruppen auf, wobei die Schadensbilder, insbesondere bei den Wandelementen, wesentlich vom Konstruktionsmaterial (Holz, Aluminium, Glas, etc.) abhängig sind. Es ist daher notwendig, in einem weiteren Schritt für jedes Schadensbild eine entsprechende Zuordnung zum Konstruktionsmaterial vorzunehmen.
25 SMART NOISE Tabelle 4: Zuordnung Schadensarten zu Bauteilen und Indikatoren
Bauteil Unterbauteil
Bewertungsindikatoren Tragfähigkeit Dauerhaftigkeit Gebrauchs-
tauglichkeit Funktions- tauglichkeit Gründung und
Fundamente Setzungen
Verdrehungen und
Verschiebungen
Unterspülungen, Auswaschungen und Hohlstellen
Veränderung umliegendes Gelände Konstruktion Verankerungen
& Befestigungen Korrosion
Verformungen und Deformationen
Brüche Steher Korrosion
Risse und Brüche
Abbrüche und Abplatzungen
Freiliegende Bewehrung
Verformungen und Deformationen
Schiefstellungen Beton- &
Stahlleitwände Korrosion
Risse und Brüche
Abbrüche und Abplatzungen
Freiliegende Bewehrung
Verformungen und Deformationen Betonsockel-
elemente Risse
Abbrüche und Abplatzungen
Freiliegende Bewehrung Sonstige
Konstruktionen Korrosion
Risse
Abbrüche und Abplatzungen
Freiliegende Bewehrung
Verformungen und Deformationen Wandelemente /
Paneele Korrosion
Risse
Abbrüche und Abplatzungen
Freiliegende Bewehrung
Verformungen und De- formationen
Mangelnder Verbund zur Konstruktion
Bewuchs
Brüche
Freiliegendes Dämm- material
Fehlende Einzelteile
Zersetzung
Bewuchs
Verformungen und De- formationen
Brüche
Sonstige
Ausrüstung Verformungen
und De- formationen
Bewuchs
Fehlende Einzelteile
Behinderung Zugänglich- keit
Bewuchs
Funktions- einschrän- kungen1) 1) Unter Funktionseinschränkung wird hier eine eingeschränkte Benutzung verstanden (z.B. Fluchttüre lässt
sich wegen Korrosion nicht öffnen)
26 SMART NOISE 3.5.1.2 Zuordnung Schadensarten zum Konstruktionsmaterial
Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die Zuordnung der zuvor definierten Schadensgruppen zu unterschiedlichen Konstruktionsmaterialien, die im Rahmen von Lärmschutzwand- Konstruktionen verwendet werden. Damit ist es wesentlich einfacher, das jeweilige Schadensbild einem Bauteil zuzuordnen.
Tabelle 5: Zuordnung Schadensarten zu Konstruktionsmaterialien Schadensart
Material Beton /
Stahl-
beton Stahl Holz Alu-
minium Glas Kunst- stoff Gründungen und Fundamente
Setzungen X
Verdrehungen und
Verschiebungen X
Unterspülungen, Auswaschungen und
Hohlstellen X
Veränderung umliegendes
Gelände X
Konstruktion – Verankerungen und Befestigungen
Korrosion X
Verformungen und
Deformationen X
Brüche X
Konstruktion – Steher1)
Korrosion X X
Risse und Brüche X X X
Abplatzungen und Abbrüche X Freiliegende Bewehrung X Verformungen und
Deformationen X X X
Schiefstellungen X X X
Zersetzung / Vermorschung X
Konstruktion - Beton- & Stahlleitwände2)
Korrosion X X
Risse und Brüche X X
Abplatzungen und Abbrüche X Freiliegende Bewehrung X Verformungen und
Deformationen X X
Konstruktion – Betonsockelelemente
Risse und Brüche X
Abplatzungen und Abbrüche X Freiliegende Bewehrung X
1) Steher aus Holz werden ausschließlich bei ASFINAG und Landesstraßen eingesetzt
2) Beton- und Stahlleitwände werden ausschließlich bei ASFINAG und Landesstraßen eingesetzt
27 SMART NOISE Tabelle 5: Zuordnung Schadensarten zu Konstruktionsmaterialien - Fortsetzung Schadensgruppe
Material Beton /
Stahl- beton
Stahl Holz Alu-
minium Glas Kunst- stoff Konstruktion – Sonstige Konstruktionen
Korrosion X X
Risse und Brüche X X X
Abplatzungen und Abbrüche X Freiliegende Bewehrung X Verformungen und
Deformationen X X X
Wandelemente / Paneele
Korrosion X X X
Risse und Brüche X X X X X X
Abbrüche und Abplatzungen X Freiliegende Bewehrung X Verformungen und De-
formationen X X X X X
Mangelnder Verbund zur
Konstruktion X X X X X X
Bewuchs X X X X X
Freiliegendes Dämmmaterial X X X X
Fehlende Einzelteile X X X X X X
Zersetzung / Vermorschung X X
Sonstige Ausrüstung Verformungen und De-
formationen X X X X
Bewuchs X X X X
Fehlende Einzelteile X X X X
Behinderung Zugänglichkeit X X X X
Funktionseinschränkungen X X X X
3.5.1.3 Einheitliche Schadensbildansprache
Für jedes Schadensbild müssen spezifische Informationen vorgehalten werden, die es dem Anwender erlauben, das Schadensbild zu erkennen bzw. zu bewerten. Dabei handelt es sich um folgende Beschreibungen und Erläuterungen:
Generelle Beschreibung des Schadens bzw. des Schadensbildes
Bild bzw. Foto des Schadens (sofern vorhanden bzw. verfügbar)
Hinweise zur Schadensursache
Hinweise zur Bewertung des Schadensbildes
Relevanz für die Bewertungsindikatoren Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Funktionstauglichkeit
28 SMART NOISE 3.5.1.4 Grundlage der Schadensbewertung
Die Grundlage für die Schadensbewertung im Schadensbildkatalog ist, wie bereits erwähnt, die RVS 13.03.71 [11]. Für alle im Schadensbildkatalog beschriebenen Schadensbilder gilt dabei folgende grundlegende Bewertung (Tabelle 6). Jedem Schadensbild werden jedoch individuell die entsprechenden Hinweise zur Bewertung zugeordnet.
Tabelle 6: Bewertungsgrundlage Bauteile nach RVS 13.03.71 [11]
Note Beschreibung
1
Keine oder sehr geringe Schäden; Mängel aus der Bauherstellung wie Abweichungen der Abmessungen und ästhetische Mängel.
Keine Einschränkung der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit bzw. Funktionstauglichkeit und Dauerhaftigkeit.
Keine Instandsetzung erforderlich.
2
Geringe, leichte Schäden, Mängel aus der Bauherstellung, die noch keine Verschlechterung zeigen.
Bei Nichtbeheben kommt es erst längerfristig zu einer Verminderung der Gebrauchstauglichkeit, Funktionstauglichkeit bzw. Dauerhaftigkeit.
Behebung im Zuge von Wartungs- oder Instandsetzungsarbeiten empfohlen.
3
Mittelschwere Schäden, die keine Einschränkung der Tragfähigkeit zur Folge haben.
Es sind Anzeichen einer Verminderung der Gebrauchstauglichkeit, Funktionstauglichkeit bzw. der Dauerhaftigkeit des Bauteils zu erkennen.
Eine Instandsetzung sollte mittelfristig in Angriff genommen werden, um die
Gebrauchstauglichkeit, Funktionstauglichkeit bzw. die Dauerhaftigkeit auf das geplante Maß anzuheben.
4
Schwere Schäden, die derzeit noch keine Einschränkung der Tragfähigkeit zur Folge haben.
Es ist eine Verminderung der Gebrauchtauglichkeit, Funktionstauglichkeit bzw. der Dauerhaftigkeit deutlich erkennbar.
Eine Instandsetzung sollte kurzfristig in Angriff genommen werden, um die
Gebrauchstauglichkeit, Funktionstauglichkeit bzw. die Dauerhaftigkeit auf das geplante Maß anzuheben.
5
Sehr schwere Schäden, die eine Einschränkung der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit bzw. Funktionalität bis zum Abschluss der
Instandsetzung/Erneuerung zur Folge haben.
Instandsetzungs-/Erneuerungsarbeiten sind unverzüglich einzuleiten.
Bei der Maßnahmenumsetzung werden nach RVS 13.03.71 [11] (ASFINAG und Landesstraßen) folgende Fristen empfohlen:
Sofortmaßnahme: Umsetzung unverzüglich
Kurzfristige Maßnahme: Umsetzung möglichst innerhalb von 3 Jahren
Mittelfristige Maßnahme: Umsetzung möglichst innerhalb von 6 Jahren
Längerfristige Maßnahme: Umsetzung möglichst innerhalb von 10 Jahren
29 SMART NOISE Bei der Maßnahmenumsetzung nach ÖBB-Infra / IHP werden die folgenden zwei Fristen angesetzt:
Kurzfristige Maßnahme: Umsetzung innerhalb von 6 Monaten
Langfristige Maßnahme: Umsetzung innerhalb von 12 Monaten
3.5.1.5 Gliederungsebenen Schadensbildkatalog
Um eine effiziente Auswahl des jeweiligen Schadensbildes bzw. der gesuchten Schadensart durchführen zu können, wird eine hierarchische Gliederung mit maximal 3 Gliederungsebenen vorgeschlagen. Dabei wird davon ausgegangen, dass im Zuge einer Kontrolle oder Prüfung zunächst der Bauteil bzw. der Unterbauteil ausgewählt wird, danach das Material festgestellt wird und anschließend eine Feststellung der Schäden erfolgt. Die sich daraus ergebenden Gliederungsebenen können daher wie folgt definiert werden:
1. Auswahlebene Bauteil bzw. Unterbauteil
2. Auswahlebene Material (sofern eine Materialunterscheidung sinnvoll und zweckmäßig) 3. Auswahlebene Schadensart mit den zuvor beschriebenen Detailinformationen
3.5.2 Erstellung Katalog
Unter Heranziehung der im Kapitel 3.5.1.5 vorgestellten Gliederung wurde der gesamte Schadensbildkatalog erstellt und kann somit auch laufend erweitert werden. Dieser Prozess ist auch wesentlich von dem zur Verfügung stehendem Bildmaterial abhängig. Leider stehen nicht für alle Schäden entsprechende Bilder zur Verfügung. Diese können jedoch sowohl seitens der Auftraggeber als auch der Auftragnehmer laufend ergänzt werden. Die aktuelle Fassung des Schadenskatalogs kann dem nachfolgenden ANHANG A entnommen werden.
3.6 Verfahren zur Bewertung des Zustandes einer Lärmschutzwand
3.6.1 Allgemeines
Die Bewertung des Bauwerkszustandes ist jener Teil im Asset Management, der die erfassten oder erhobenen Daten und Informationen sowie die daraus abgeleiteten Zustandsnoten mit bestimmten festgelegten Vorgaben und Anforderungen an das Bauwerk verknüpft. Dazu ist es erforderlich, bestimmte, auf die Eigenschaften des Bauwerks bezogene Standards festzulegen, die sich in den zuvor beschriebenen Indikatoren widerspiegeln.
30 SMART NOISE Die hier dargestellte Methodik ist ein Vorschlag für eine detaillierte Betrachtung der Lärmschutzwände und daraus ableitbarer objektiver Indikatoren. Dies setzt auch eine detaillierte Bewertung / Inspektion einer Lärmschutzwand voraus (siehe hierzu auch Kapitel 6). Die Anwendung einer Inspektion mit diesem Detaillierungsgrad wird vor allem dort empfohlen, wo kurzfristig umfangreiche Erhaltungsmaßnahmen geplant sind und eine detaillierte Betrachtung eines Einzelobjekts notwendig ist.
Grundsätzlich sollten Inspektionen zukünftig zielorientierter durchgeführt bzw. geplant werden, was bedeutet, dass der Detaillierungsgrad einer Inspektion vom Zustand, der Erhaltungsnotwendigkeit und/oder von einem Erhaltungsrisiko abzuleiten ist. Eine flächendeckende Erfassung mit einem hohen Detaillierungsgrad ist nicht zielführend und wird auch nicht empfohlen. Auch die meisten Asset Management System können mit unterschiedlichen Ebenen der Datengranularität arbeiten und liefern gute Lösungen. Dort wo eine entsprechende Genauigkeit erforderlich ist, sollte sie auch zur Verfügung stehen. Dies bedarf aber auch bei Inspektionen, die nach einem festen Intervall durchgeführt werden, eine höhere Flexibilität. So könnte z.B. bei allen Lärmschutzwänden, die ein bestimmtes Alter überschritten haben, automatisch eine Bauteilbewertung notwendig werden (in Abhängigkeit vom Material der Paneele). Werden dabei Schäden erkannt, die innerhalb der nächsten 6 bis 10 Jahre Maßnahmen erfordern, so könnte die nächste Inspektion gleich für eine detaillierte Schadensaufnahme herangezogen werden. Zeigt sich eine kurzfristigere Erhaltungsnotwendigkeit kann bei der Inspektion standardmäßig auf die Schadensebene gegangen und somit die Basis für eine genaue Bedarfsplanung mitgeliefert werden. Die Entscheidung bzgl. Detaillierungsgrad sollte primär beim Inspektor liegen. Eine Vielzahl von Sonderinspektionen können ggf. dadurch vermieden werden. Bei der zunehmenden Verwendung von elektronischen Erfassungshilfen sollte ein Wechsel in eine genauere Inspektionsebene kein großes Problem darstellen.
Wie in den vorhergehenden Kapiteln beschrieben, liefert der Schadensbildkatalog eine solche genaue Darstellung und Bewertung der Schäden an den einzelnen Bauteilen einer Lärmschutzwand. Um eine Lebenszyklusbewertung bzw. eine damit verbundene Auswahl und Zuordnung von Erhaltungsmaßnahmen vornehmen zu können, ist es sinnvoll und zweckmäßig, die Einzelbewertungen zu Teilwerten und folglich zu einem Gesamtwert zusammenzufassen. Da in fast allen Fällen Lärmschutzwände eine längenmäßige Ausdehnung (lineare Infrastrukturanlagen) aufweisen, ist im Rahmen der Zustandsbewertung
31 SMART NOISE zu beachten, ob eine Lärmschutzwand in maßgebende Segmente unterteilt oder als Gesamtobjekt benotet bzw. bewertet wird. Das Verfahren selbst sollte jedoch unabhängig von einer Segmentierung immer in gleicher Art und Weise zur Anwendung gelangen. Erfolgt eine längenabhängige Segmentierung, z.B. in Segmenten in Abhängigkeit von der Konstruktion bzw. der verwendeten Materialien, kann anschließend z.B. über einen längengewichteten Mittelwert auch für das Gesamtobjekt eine Bewertung durchgeführt werden, wobei auch das segmentbezogene Ergebnis individuell für die Durchführung einer Lebenszyklusbetrachtung herangezogen werden kann.
Um die Streuung der Noten der einzelnen Bauteile im Rahmen einer Verknüpfung zu berücksichtigen, wird die Differenz der einzelnen Bauteile zu einem als „maßgebend“
definierten Bauteil berücksichtigt. Dieses Verfahren wurde bereits von der ASFINAG im Rahmen der Berechnung eines Konstruktionsindikators für Brücken (siehe hierzu [15]) vorgeschlagen bzw. entwickelt und wird bei Gesamtobjektbewertungen eingesetzt. Für die Bildung eines Gesamtwertes wird auf ein Verfahren zurückgegriffen, das ein erweitertes Maximalkriterium vorsieht. Dieses Verfahren basiert auf den Ergebnissen der COST-Aktion 354 „Performance Indicators for Road Pavements“ [16] und hat sich in Österreich sehr gut bewährt. Darüber hinaus ist die einfache und nachvollziehbare Anwendung beider Verfahren ein großer Vorteil.
3.6.2 Teilwerte Lärmschutzwand
Unter Bezugnahme auf die in Kapitel 3.3 beschriebenen Indikatoren Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Funktionstauglichkeit sowie deren Zuordnung zu den einzelnen Bauteilen werden folgende Teilwerte vorgeschlagen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Tragfähigkeit mit der Dauerhaftigkeit im Rahmen eines Konstruktionsindikators und die Gebrauchstauglichkeit mit der Funktionsfähigkeit im Rahmen eines Ausrüstungsindikators zusammengeführt wird.
Konstruktionsindikator: Der maßgebende Bauteil ist die Konstruktion der Lärmschutzwand, sodass sich der Konstruktionsindikator wie folgt berechnet:
KI = TN + W
10⋅ (TN − TN ) für TN > TN [1 ≤ KI ≤ 5]
Gl. 1
mit
KILSW ... Konstruktionsindikator Lärmschutzwand
32 SMART NOISE TNKonstr ... Teilnote Konstruktion
TNi ... Teilnote Bauteil i (Gründung und Fundamente, Wandelemente und Paneele) Wi ... Gewicht Bauteil i (Gründung und Fundament = 1, Wandelemente und Paneele
= 2)
Anmerkung: Die finale Festlegung von Gewichten sollte nach einer umfassenden Bewertung des gesamten Portfolios von Lärmschutzwänden und einer entsprechenden Sensitivitätsanalyse vorgenommen werden. Da im Rahmen der Testanwendung viele Schäden im Bereich der Wandelement bzw. Paneele festgestellt werden konnten und auch die Bewertung der Fundamente bzw. der Gründung oft nicht möglich ist, wurde für die Wandelement und Paneele ein höheres Gewicht als erster Vorschlag angenommen.
Ausrüstungsindikator: Im Vergleich zum Konstruktionsindikator, welcher die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit der Bauteile berücksichtigt, sind für den Ausrüstungsindikator primär die Wandelemente bzw. Paneele verantwortlich. Daraus ergibt sich folgender Vorschlag für die Berechnung des Ausrüstungsindikators:
AI = TN + W
10⋅ (TN − TN ) für TN > TN [1 ≤ AI ≤ 5]
Gl. 2
mit
AILSW ... Ausrüstungsindikator Lärmschutzwand TNWandPaneel ... Teilnote Wand/Paneel
TNi ... Teilnote Bauteil i (Konstruktion, Ausrüstung) Wi ... Gewicht Bauteil i (Konstruktion = 1, Ausrüstung = 2)
Mit beiden Teilwerten kann eine umfassende Bewertung der Lärmschutzwände vorgenommen werden und auch die Zuordnung von Erhaltungsmaßnahmen kann über diese Teilwerte erfolgen, sofern die entsprechenden Eingangsgrößen auch zur Verfügung stehen.
3.6.3 Gesamtwert Lärmschutzwand
Neben den Teilindikatoren (Teilwerten) ist für die Lebenszyklusbetrachtung der Gesamtwert der Lärmschutzwand ausschlaggebend. Er stellt die maßgebende Kenngröße für die Beurteilung im Rahmen der Lebenszyklusanalyse dar und kann unter Heranziehung eines erweiterten Maximalkriteriums gem. den Vorgaben von COST 354 [16] wie folgt berechnet werden:
GW = max[KI ; AI ] + 0,2 ∙ min[KI ; AI ] − 0,2 [1 ≤ GW ≤ 5]
Gl. 3
33 SMART NOISE mit
GWILSW ... Gesamtwert Lärmschutzwand
AILSW ... Ausrüstungsindikator Lärmschutzwand KILSW ... Konstruktionsindikator Lärmschutzwand
Es sei hier nochmals explizit festgehalten, dass der rechnerische Gesamtwert als Vergleichswert zur Gesamtnote, welche vom Inspektor der LSW vergeben wird, heranzuziehen ist. Es obliegt somit dem Inspektor, welcher Wert bzw. welche Note für eine Lebenszyklusanalyse herangezogen werden soll. Der entwickelte dTIMS-Prototyp erlaubt die manuelle Änderung der Note (Attributwert kann durch den Anwender überschrieben werden), sodass hier die geforderte Flexibilität erfüllt wird.
Auch hier sollte die finale Festlegung der Berechnungsfunktion im Rahmen einer praktischen Umsetzung nach einer umfassenden Bewertung des gesamten Portfolios von Lärmschutzwänden und einer entsprechenden Sensitivitätsanalyse vorgenommen werden.
34 SMART NOISE
4 MODULE DER OPTIMIERTEN LEBENSZYKLUSBETRACHTUNG
4.1 Allgemeines
Wie in der Einleitung des Projektes beschrieben, ist die Entwicklung eines holistischen Bewertungsverfahrens für ein optimiertes Lebenszyklusmanagement von Lärmschutzwänden verschiedener Materialien (insbesondere Holzelemente) eine wesentliche Zielsetzung. Dafür ist es notwendig, eine Aussage hinsichtlich der Entwicklung des Zustandes einer Lärmschutzwand, der darauf basierenden Erhaltungsmaßnahmen und deren Wirkungen auf die Infrastruktur (Verfügbarkeit bzw. Nichtverfügbarkeit des Verkehrsweges) vorzunehmen.
Die Entwicklung dieser Grundlagen für eine optimierte Lebenszyklusbetrachtung umfasst folgende Schritte:
Erarbeiten von deterministischen und stochastischen Prognosemodellen für die Beschreibung der Entwicklung des Zustandes und der Funktionalität über die Nutzungsdauer
Ausarbeiten eines Kataloges von potenziellen Erhaltungsmaßnahmen
(Maßnahmenkatalog) auf Anlagen- und Bauteilniveau in Form von direkten Kosten (Baulastträgerkosten)
Modellierung der Verfügbarkeitseinschränkungen (Betriebserschwernis) im Einklang mit den katalogisierten, potenziellen Erhaltungsmaßnahmen und inkl. entsprechender Quantifizierung.
4.2 Modul Zustandsentwicklung
4.2.1 Langfrist-Prognose der RI Maßnahmen (Realisierungsmengen)
Für die Beschreibung und folglich Modellierung der Zustandsentwicklung müssen geeignete Methoden und Verfahren ausgewählt werden, die auf der Grundlage der zur Verfügung stehenden Daten eine nachvollziehbare Aussage ermöglichen. Dabei sind folgende Randbedingungen zur berücksichtigen:
Möglichst gute Annäherung des Modells an die tatsächlichen, im Rahmen von visuellen Erfassungen erhobenen Zustände
Flächendeckende Verfügbarkeit der Eingangsdaten (erklärenden Variablen)
Einfache Kalibrierung der Modelle an die örtlichen Gegebenheiten und Randbedingungen
Mathematische Modellierbarkeit
Nachvollziehbarkeit der Modellrechnungen und einfache Darstellung der Ergebnisse
